21. Динамические модели объектно-ориентированного представления программных систем: автоматы

Динамические модели обеспечивают представление поведения систем. «Динамизм» этих моделей состоит в том, что в них отражается изменение состояний в процессе работы системы (в зависимости от времени). Средства языка UML для создания динамических моделей многочисленны и разнообразны. Эти средства ориентированы не только на собственно программные системы, но и на отображение требований заказчика к поведению таких систем.

Для моделирования поведения системы используют: автоматы;взаимодействия.

Автомат (State machine) описывает поведение в терминах последовательности состояний, через которые проходит объект в течение своей жизни. Взаимодействие (Interaction) описывает поведение в терминах обмена сообщениями между объектами.

Таким образом, автомат задает поведение системы как цельной, единой сущности; моделирует жизненный цикл единого объекта. В силу этого автоматный подход удобно применять для формализации динамики отдельного трудного для понимания блока системы.

Взаимодействия определяют поведение системы в виде коммуникаций между его частями (объектами), представляя систему как сообщество совместно работающих объектов. Именно поэтому взаимодействия считают основным аппаратом для фиксации полной динамики системы.

Автоматы отображают с помощью: диаграмм схем состояний; диаграмм деятельности.

Взаимодействия отображают с помощью: диаграмм сотрудничества (кооперации);диаграмм последовательности.

Диаграмма схем состояний — одна из пяти диаграмм UML, моделирующих динамику систем. Диаграмма схем состояний отображает конечный автомат, выделяя поток управления, следующий от состояния к состоянию. Конечный автомат — поведение, которое определяет последовательность состояний в ходе существования объекта. Эта последовательность рассматривается как ответ на события и включает реакции на эти события.

Диаграмма схем состояний показывает:

1) набор состояний системы;

2) события, которые вызывают переход из одного состояния в другое;

3) действия, которые происходят в результате изменения состояния.

В языке UML состоянием называют период в жизни объекта, на протяжении которого он удовлетворяет какому-то условию, выполняет определенную деятельность или ожидает некоторого события.

События

Событие происходит в некоторый момент времени (нередко оно используется для определения соответствующего момента времени). Примеры событий: старт ракеты, старт забега на 100 м, начало проводки (в банковской сети), выдача денег и т.п. Событие не имеет продолжительности (точнее, оно занимает пренебрежимо малое время).

Одно из событий может логически предшествовать другому, либо следовать за другим, либо они могут быть независимыми; примерами логически (причинно) связанных событий являются старт и финиш одного забега, начало проводки и выдача денег клиенту (в результате этой проводки), примерами независимых событий - старт ракеты и финиш забега, проводки, запущенные с разных ATM, и т.п. Если события не имеют причинной связи (т.е. они логически независимы), они называются независимыми (concurrent); такие события не влияют друг на друга. Независимые события не имеет смысла упорядочивать, так как они могут происходить в произвольном порядке. Модель распределенной системы обязательно должна содержать независимые события и активности.

События передают информацию с одного объекта на другой. Существуют классы событий, которые просто сигнализируют о том, что что-то произошло или происходит (примеры: загорание лампочки лифта, гудок в телефонной трубке). В программировании рассматриваются исключительные события (иногда их называют исключениями), которые сигнализируют о нарушениях работы аппаратуры, либо программного обеспечения.

Состояния

Состояние определяется совокупностью текущих значений атрибутов и связей объекта. Например, банк может иметь состояния платежеспособный и неплатежеспособный (когда большая часть банков одновременно оказывается во втором состоянии, наступает банковский кризис).

Состояние определяет реакцию объекта на поступающее в него событие (в том, что реакция различна нетрудно убедиться с помощью банковской карточки: в зависимости от состояния банка обслуживание (реакция банка на предъявление карточки) будет разным). Реакция объекта на событие может включать некоторое действие и/или перевод объекта в новое состояние.

Объект сохраняет свое состояние в течение времени между двумя последовательными событиями, которые он принимает: события представляют моменты времени, состояния - отрезки времени; состояние имеет продолжительность, которая обычно равна отрезку времени между двумя последовательными событиями, принимаемыми объектом, но иногда может быть больше.

Диагра́мма де́ятельности — диаграмма, на которой показано разложение некоторой деятельности на её составные части. Под деятельностью понимается спецификация исполняемого поведения в виде координированного последовательного и параллельного выполнения подчинённых элементов — вложенных видов деятельности и отдельных действий англ. action, соединённых между собой потоками, которые идут от выходов одного узла ко входам другого.

Диаграммы деятельности используются при моделировании бизнес-процессов, технологических процессов, последовательных и параллельных вычислений

Состояние действия (action state) является специальным случаем состояния с некоторым входным действием и по крайней мере одним выходящим из состояния переходом. Этот переход неявно предполагает, что входное действие уже завершилось. Состояние действия не может иметь внутренних переходов, поскольку оно является элементарным. Обычное использование состояния действия заключается в моделировании одного шага выполнения алгоритма (процедуры) или потока управления.

Графически состояние действия изображается фигурой, напоминающей прямоугольник, боковые стороны которого заменены выпуклыми дугами. Внутри этой фигуры записывается выражение действия (action-expression), которое должно быть уникальным в пределах одной диаграммы деятельности.

Диаграмма деятельности представляет особую форму конечного автомата, в которой показываются процесс вычислений и потоки работ. В ней выделяются не обычные состояния объекта, а состояния выполняемых вычислений – состояния действий. При этом полагается, что процесс вычислений не прерывается внешними событиями.

Рисунок 1.11 – Состояние действия Рисунок 1.12 – Состояние под-деятельности